Materiais Quânticos mais Próximos do que Nunca

Os pesquisadores da DTU e do Graphene Front runner levaram a arte de padronizar nanomateriais ao seguinte nível. O padrão preciso de produtos 2D é uma rota para cálculo e espaço de armazenamento usando produtos 2D, que podem oferecer muito melhor eficiência e consumo de energia muito menor do que a tecnologia atual.

Uma das explorações recentes mais consideráveis ​​na física e inovação de produtos são os materiais bidimensionais como o grafeno. O grafeno é mais forte, mais suave, mais leve e melhor no desempenho de calor e eletricidade do que qualquer produto conhecido.

Sua função mais exclusiva talvez seja sua programabilidade. Ao produzir padrões delicados nesses materiais, podemos alterar consideravelmente as suas propriedades residenciais ou comerciais e talvez fazer o que precisamos.

Na DTU, os pesquisadores trabalharam com o aprimoramento da modernidade por mais de um ano na padronização de materiais 2D, usando máquinas de litografia inovadoras nas instalações de sala limpa de 1.500 m². O seu trabalho é baseado no DTU’s Facility for Nanostructured Graphene, sustentado pela Danish National Study Structure e uma parte do The Graphene Front runner.

O sistema de litografia por feixe de luz de eletrões no DTU Nanolab pode gravar detalhes de até 10 nanômetros. Os cálculos do sistema de computador podem prever com precisão a forma e o tamanho dos padrões no grafeno para desenvolver novos tipos de eletrónicos. Eles podem manipular a carga dos lares de eletrões e quânticos, como graus de liberdade de spin ou vale, causando cálculos de alta velocidade com muito menos uso de energia. Essas estimativas, no entanto, exigem resolução mais excelente do que até mesmo os sistemas de litografia mais eficazes podem oferecer: resolução atómica.

“Se quisermos abrir o depósito para a eletrónica quântica do futuro, precisamos ir listados abaixo de 10 nanômetros e abordar a escala atómica”, afirma o professor e líder da equipa da DTU Physics, Peter Bøggild.

Que é exatamente o que os cientistas realmente prosperaram fazendo.

“Mostramos em 2019 que orifícios redondos posicionados com espaçamento de 12 nanómetros simplesmente transformam o grafeno semimetálico num semicondutor. Atualmente, entendemos como criar aberturas redondas e várias outras formas, como triângulos, com cantos agudos nanométricos. Esses padrões podem organizar eletrões com base no seu spin e produzir elementos importantes para spintrónica ou valleytrônica. O método também lida com outros produtos 2D. Com essas estruturas superpequenas, podemos desenvolver metalenses muito portáteis e eletricamente sintonizáveis ​​para uso em interação de alta velocidade e biotecnologia”, discute Peter Bøggild.

Triangular afiado como navalha

A pós-doutoranda Lene Gammelgaard liderou a pesquisa, uma graduada em design da DTU em 2013 que desempenhou uma função importante na exploração especulativa de produtos 2D na DTU:

“O método é colocar o nanomaterial hexagonal nitreto de boro além do produto que você deseja padronizar. Então você perfura aberturas com uma receita de gravação específica”, afirma Lene Gammelgaard, e também continua:

“O procedimento de corrosão que estabelecemos nos últimos anos reduziu os padrões abaixo dos nossos sistemas de litografia por feixe de luz de eletrões ou então uma restrição sólida de cerca de 10 nanómetros. Significa que fazemos uma abertura circular com um tamanho de 20 nanómetros; o buraco no grafeno pode então ser reduzido para 10 nanómetros. Enquanto se fizermos um orifício triangular, com os orifícios redondos provenientes do sistema de litografia, o downsizing fará um triangular menor com bordas autoafiadas. Normalmente, os padrões ficam ainda mais incompletos quando você os torna menores. Isso é o oposto, e também nos permite recriar as estruturas que as previsões académicas informam-nos serem ótimas”.

Pode-se, por exemplo, criar meta-lentes eletrónicas de nível — uma espécie de lente ótica supercompacta que pode ser gerenciada eletricamente em frequências muito altas, e que, segundo Lene Gammelgaard, podem acabar sendo elementos essenciais para a tecnologia de comunicação e também biotecnologia do futuro.

Pressionando os limites

A outra pessoa essencial é uma jovem aluna, Dorte Danielsen. Ela começou a pensar em nanofísica depois de um estágio do 9.º ano em 2012, ganhou uma vaga no último concurso de pesquisa científica nacional para estagiários do ensino médio em 2014 e prosseguiu os seus estudos em Física e Nanotecnologia com alunos de elite do programa de honras da DTU.

Ela discute que o dispositivo por trás das estruturas de “super-resolução” ainda não é bem compreendido:

“Temos várias descrições viáveis ​​para essas ações imprevistas de gravura; entretanto, ainda há muito que não entendemos. Ainda assim, é um método estimulante e altamente benéfico para nós. Em simultâneo, é uma ótima informação para os incontáveis ​​pesquisadores em todo o mundo que empurram os limites da radioeletrónica 2D, bem como da nanotecnológica. ”

Apoiada pelo Independent Research Fund Denmark, na tarefa METATUNE, Dorte Danielsen continuará o seu trabalho com nanoestruturas extremamente afiadas. Aqui, a tecnologia que ela ajudou a criar será usada para produzir e explorar metalenses óticos que podem ser ajustados eletricamente.

Referência: Materiais  fornecidos pela  Universidade Técnica da Dinamarca . Original escrito por Tore Vind Jensen. Nota: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.